压痕测试仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种压痕测试仪。能够调节更换压头时由压头的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移的压痕测试仪包括调节装置。调节装置调节位移传感器移动部分和位移传感器固定部分的垂直方向的相对位置。调节装置包括第一中空盘，其底部表面具有螺旋状表面；和第二中空盘，其顶部表面形成有螺旋状表面。第二中空盘的螺旋状表面的螺纹与第一中空盘的螺旋状表面的螺纹相等同。第一中空盘放置在第二中空盘上使得第一中空盘的底部表面覆盖在第二中空盘的顶部表面上。第一中空盘和第二中空盘能够绕压头柱的中心轴旋转。
【专利说明】压痕测试仪
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张享有美国法典第35篇第119条(35U.S.C.§ 119)下的2012年5月31日提交的日本申请N0.2012-123893的优先权，其内容在此通过引用整体并入本发明。
【技术领域】
[0003]本发明涉及压痕测试仪。
【背景技术】
[0004]通常地，公知的材料试验装置中压痕测试仪通过将压头柱压入试样表面来形成压痕，压头柱在其最前端具有压头。然后压痕测试仪通过位移计量器測量压痕深度(压头的位移量)。根据位移量和放置于压头上的载荷之间的关系，压痕测试仪测量试样的物理參数值，如硬度。(參见，例如，日本专利公开N0.2009-156688)采用上述的压痕测试仪，例如材料测试方法(仪器化的压痕测试)评价压头产生的纳米压痕的压痕深度。在该材料测试方法中，为了消除压痕测试仪装置本体或试样夹的弾性形变带来的影响，采用试样表面作为基线的测量方法对于压痕深度的測量是有效的。
[0005]然而，由于测量压痕深度的装置的极高灵敏度，基线位置有一非常小的范围。仅由于在压头柱上安装新的压头，由于压头的高度会随着每个压头的个体差异变化，导致了垂直方向上的位置漂移。从而，当压痕测试在更换压头后进行时，存在最大压痕深度的測量可能达不到满意程度或可能有分辨率下降的风险。因此，当压头到达试样表面时，为了使得压头联接头(与压头联接)位于垂直方向的压头位置检测器(其測量压痕深度)的基线位置，当更换压头时，压头或接触器上的安装表面必须重新调节或必须插入垫片。因而更换压头的操作需要耗费时间且也可能增加成本。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种压痕测试仪，其能够简单、廉价地调节更换压头时由于压头的个体差异造成的垂直方向位置漂移。
[0007]本发明的ー个方面提供了一种压痕测试仪，包括:压头柱，压头联接头，载荷施加装置，压头基准部，压头位置检测器，压カ支架，压头基准部驱动器和測量器。压头柱在其最前端装有压头。压头联接头固定在压头柱上并与压头联接。载荷施加装置在压头柱的轴向上移动压头柱并通过压头对试样施加预先确定的测试力。压头基准部是压头最前端的定位基准。压头位置检测器与压头基准部联接并检测压头联接头的位移量。压カ支架包括安放在压カ支架下部的压头基准部和安放在压カ支架上部的压头位置检测器。压头基准部驱动器在压头柱的轴向上移动压头基准部。当压头基准部和试样表面之间保持接触状态时测量器沿轴向移动压头柱。然后当压头接触试样表面，压靠于试样时，測量器測量所形成的压痕深度。压痕深度通过压头位置检测器检测压头联接头的位移量测得。压痕测试仪进一歩包括调节装置，其调节压头联接头和压头位置检测器之间垂直方向的相对位置。调节装置包括第一中空盘和第二中空盘。第一中空盘包括在底部表面上形成的螺旋形表面。第二中空盘包括在顶部表面上形成的螺旋形表面，第二中空盘的螺旋形表面具有与第一中空盘的螺旋形表面螺纹相等同的螺纹。第一中空盘放置在第二中空盘上，使得第一中空盘的底部表面覆盖在第二中空盘的顶部表面上。第一中空盘和第二中空盘可以绕压头柱的中心轴旋转。
[0008]本发明的另一方面是ー种压痕测试仪，其中在靠近压头基准部的圆周外表面附近形成可放置调节装置的座面。另外，第一中空盘的顶部表面与压カ支架的底部表面相接触，且第二中空盘的底部表面与压头基准部的座面接触。
[0009]本发明的另一方面是ー种压痕测试仪，其中在靠近与压头柱底部表面接触的压头一部分的圆周外表面附近形成可放置调节装置的座面。另外，第一中空盘的顶部表面与压头柱的底部表面接触，且第二中空盘的底部表面与压头的座面接触。
[0010]本发明的另一方面是ー种压痕测试仪，其中第一中空盘和第二中空盘中的ー个包括导引部分，用于导引另一中空盘的旋转。
[0011]本发明的另一方面是ー种压痕测试仪，其中第一中空盘和第二中空盘中的ー个的圆周外表面包括第一指示器，其指示中空盘在旋转方向上的位置。另外，另ー中空盘的圆周外表面上包括第二指示器，其指示调节装置的高度的变化量。
[0012]本发明能够容易地实现调节操作，当压头位于试样表面时，其使得压头联接头定位于压头位置检测器的垂直方向的基线位置。另外，本发明能够容易和廉价地实现对在更换压头时由于压头的个体差异带来的垂直方向的位置漂移的调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]借助于本发明的示范实施例的非限制性示例和所示的多幅附图，本发明在以下具体说明中更进ー步描述，其中在全部图中，相同的附图标记代表相同的部件，其中:
[0014]图1是根据本发明第一实施例的压痕测试仪的局部截面的侧视图；
[0015]图2是根据第一实施例的压痕测试仪的杆部分的顶视图；
[0016]图3是图2中沿II1-1II线的截面示例图；
[0017]图4A和4B示出了根据第一实施例的压痕测试仪的调节装置；
[0018]图5是根据第一实施例的压痕测试仪的主要部件的方框图；
[0019]图6是根据本发明第二实施例的压痕测试仪的主要部分的截面侧视图；
[0020]图7是根据第二实施例的压痕测试仪的主要部件的方框图；
[0021]图8是图3中所示的压痕测试仪的可选示例的截面图；
[0022]图9是调节装置的可选示例的截面图；和
[0023]图10是图3所示的压痕测试仪中的压头位移传感器的可选示例的截面图。
【具体实施方式】
[0024]这里所示的细节是通过示例方式和仅用于对本发明实施例的说明性描述的目的，并且是为了提供被认为最有效和容易地理解本发明的原理和概念的介绍。在这点上，对超过本发明的基本理解的更多细节进行结构细节的公开是不必要的，附图的描述使得所属【技术领域】的技术人员能够实施这些实施例。[0025]下文中，本发明的实施例參考附图进行描述。
[0026](第一实施例)
[0027]根据第一实施例的压痕测试仪100是杆型仪器化压痕测试仪，其能够连续地监控施加到压头4的测试カ(载荷)和压头4的压痕深度。
[0028]如图1-5所示，压痕测试仪100包括测试仪主体1,其施加测试カ到试样S ;控制器200，其控制测试仪主体1的各部件；显示器300 ;和操作器400。
[0029]测试仪主体1包括，例如:基台2，其上放置试样S ;载荷杆3 ;压头柱41 ;位移传感器移动部分5a(压头联接头)；第一执行电动机6 (载荷施加装置或载荷施加器)；基准杆7(压カ支架)；接触器8(压头基准部)；调节装置(调节器)9;位移传感器固定部分5b (压头位置检测器)；第二执行电动机10 (压头基准部驱动器)；制动器12;和控制器200，其控制测试仪主体1的各部件。载荷杆3可旋转地、轴向地支撑于支柱30上，其放置于压痕测试仪100的基座101上。压头柱41的最前端装有压头4，并且安装于载荷杆3的第一端的下部。位移传感器移动部分5a(压头联接头)安装于载荷杆3的第一端的上部，并且当其从上方看时为环形。第一执行电动机6 (载荷施加装置或载荷施加器)安装于载荷杆3的第二端。基准杆7(压カ支架)可旋转地且轴向地支撑于支柱30上。接触器8(压头基准部)可拆卸地与基准杆7的第一端的下部相连接。调节装置9安装在接触器8的圆周外表面上。位移传感器固定部分5b (压头位置检测器)安装在基准杆7的第一端的上部，且当从上方看时其为环形。第二执行电动机10 (压头基准部驱动器)安装在基准杆7的第二端。制动器12与基准杆7的第二端接触。
[0030]基台2安装在基座101的上表面，且包括试样夹持台2a，上面放置试样S，和用来调节试样s位置的XYZ台架2b。试样S放置于压头4下面的试样夹持台2a上，这样当载荷杆3旋转时压头4会压靠于试样S。另外，试样S支撑于试样夹持台2a上，这样在测试和测量中试样S不会滑动。XYZ台架2b配置成根据控制器200输入的控制信号在垂直、左-右和前-后方向均能移动，使得XYZ台架2b能调节置于试样夹持台2a上的试样S的位置。
[0031]载荷杆3通过旋转轴3a可旋转地且轴向地支撑于支柱30上，支柱30基本安装在测试仪主体1的中心部分。压头4安装在载荷杆3的第一端的下部，压头柱41插入压头4和载荷杆3之间。另外，压头4通过压头固定螺丝42固定在压头柱41上(參见图3)。第ー执行电动机6安装于载荷杆3的第二端的上部。
[0032]第一执行电动机6包括,例如,动カ线圈6a和磁铁6b。产生的能量用作驱动力，该能量响应于磁铁6b产生的磁场和流过动カ线圈6a的电流之间的电磁感应而产生。驱动カ使得载荷杆3旋转，从而使得载荷杆3的第一端压下或抬起。在第一执行电动机6的驱动下，载荷杆3的第一端被压下，使得压头柱41沿压头柱41的轴向移动。从而通过压头柱41对压头4施加载荷,使压头4压靠于试样S表面。换句话说，第一执行电动机6是载荷施加装置，其在轴向上移动压头柱41，通过压头4对试样S施加预先确定的测试力。
[0033]位移传感器移动部分5a安装于载荷杆3的第一端的上部。位移传感器移动部分5a联合压头4垂直移动，其通过载荷杆3压下或抬起。
[0034]基准杆7可旋转地且轴向地由旋转轴7a支撑，其与载荷杆3共用旋转轴。接触器8可拆卸地安装在基准杆7的第一端的下部。第二执行电动机10安装在基准杆7的第二端的上部。此外，如图2所示，当从上方看时，基准杆7基本上为框形，且围绕载荷杆3放置。[0035]第二执行电动机10包括，例如，动カ线圈10a和磁铁10b。产生的能量用作驱动力，该能量响应于磁铁10b产生的磁场和流过动カ线圈10a的电流之间的电磁感应而产生。驱动カ使得基准杆7旋转，从而使得基准杆7的第一端压下或抬起。在第二执行电动机10的驱动下，基准杆7的第一端被压下，使得接触器8沿压头柱41的轴向移动，从而使得接触器8接触试样S的表面。换句话说，第二执行电动机10是压头基准部驱动器，其在压头柱41的轴向上移动接触器8。
[0036]位移传感器固定部分5b安装于基准杆7的第一端的上部，且当载荷杆3上的位移传感器移动部分5a移动时检测位移量。换句话说，基准杆7是具有安在其下部的接触器8的压カ支架，且位移传感器固定部分5b位于其上部。
[0037]压头位移传感器5是采用电容方法測量压头4的移动(位移)量的传感器。压头位移传感器5包括位移传感器移动部分5a,其配置有ー电极板,和位移传感器固定部分5b,其配置成具有ー对上部和下部电极板，电极板安装成彼此分开，位移传感器移动部分5a在它们之间。压头位移传感器5基于电极板之间的电容来測量压头4的位移量，电容的变化响应于位移传感器移动部分5a和位移传感器固定部分5b之间的距离。特别地，压头位移传感器5測量位移传感器移动部分5a相对于位移传感器固定部分5b的位移以测量压头4的位移量。此外，压头位移传感器5输出测得的压头4的位移量数据(信号)到控制器200。另外，位移传感器移动部分5a固定在压头柱41上并因此耦联到压头4。采用压头位移传感器5测量的压痕深度的范围是很小的；然而，通过使用差分放大器，灵敏度能够达到大于当位移传感器固定部分5b配置为单个电极板时的两倍。电噪音和温度特性也能被无效，分辨率因此能够得到改善。另外，非线性输出电压能得到大幅提高。
[0038]如图3所示，接触器8连接至基准杆7的第一端的下部，且作为垂直方向上压头4最前端的定位基准，压头4安装在载荷杆3的第一端的下部。接触器8的中心部分设置孔81，其从下方看具有圆环形。压头4的最前端能够穿过孔81。向下突出的试样表面接触器82安装在接触器8的底部表面上紧挨孔81的位置。试样表面接触器82具有中空的圆形的截头金字塔形状。试样表面接触器82与试样S的表面接触，且因此接触器8作为压头4最前端的定位基准。另外，接触器8上的邻近其圆周外表面(压头4在垂直于压头4轴向方向上的远侧)形成有座面83，该座面83上装有调节装置9。调节装置9因而能够固定在座面83上。进ー步地，接触器8通过固定螺丝84可拆卸地连接至基准杆7第一端的下部，使得接触器8能够被移出，例如，当更换压头4吋。
[0039]如图3和4所示，调节装置9包括第一中空盘91和第二中空盘92，其具有中空的圆盘形状。调节装置9夹持在接触器8的座面83顶部，从而覆盖接触器8的圆周外表面。第一中空盘91和第二中空盘92具有同样的直径(内直径)，且能够绕压头柱41的中心轴旋转。第一中空盘91放置在第二中空盘92的顶部表面上。在中空盘91的底部表面上形成有具有狭窄螺纹的螺旋状表面91a。第一中空盘91的螺旋状表面91a的螺纹为，例如，
0.18mm。指示器(第一指示器)91b设置在第一中空盘91的圆周外表面上，当高度精确调节时用来指示第一中空盘91在旋转方向上的位置。第一中空盘91的顶部表面进ー步配置成接触基准杆7的底部表面。第二中空盘92放置于接触器8的座面83上。第二中空盘92的顶部表面形成有螺旋状表面92a。螺旋状表面92a的螺纹等同于第一中空盘91上的螺旋状表面91a的螺纹。特别地，第一中空盘91的螺旋状表面91a和第二中空盘92的螺旋状表面92a配置成堆叠时能够匹配。另外，当精确调节高度时，多个指示器(第二指示器)92b以相等的间隔在第二中空盘92的圆周外表面上形成校准标记，指示调节装置9的高度的变化量。
[0040]如以上描述的，调节装置9配置成第一中空盘91的顶部表面接触基准杆7的底部表面和第二中空盘92的底部表面接触该接触器8的座面83。通过绕压头柱41的中心轴旋转第一中空盘91或第二中空盘92以及补偿第一中空盘91和第二中空盘92的旋转方向的相对位置，调节装置9的高度能够被精确调节。另外，通过对经由基准杆7传送的调节装置9的高度进行精确调节，位移传感器固定部分5b能够在垂直方向上移动。相应地，调节装置9能调节位移传感器移动部分5a和位移传感器固定部分5b垂直方向的相对位置，使得位移传感器移动部分5a定位于位移传感器固定部分5b在垂直方向上的中心位置(基线位置)。
[0041]制动器12接触基准杆7的第二端的顶部表面以便调节基准杆7的基线位置。制动器12配置成，例如千分卡头，其高度能够通过旋转进给螺杆进行调节。特别地，通过调节制动器12的高度，基准杆7 (其与制动器12接触)的旋转角度能够被调节。也可以进行调节操作使得制动器12不接触基准杆7。
[0042]如图5所示，控制器200包括CPU210，RAM220和存储器230。控制器200通过系统总线连接至，例如，XYZ台架2b，压头位移传感器5，第一执行电动机6，第二执行电动机10，显示器300和操作器400。
[0043]CPU210执行多种控制过程，例如，依照处理程序来执行压痕测试仪100的各种功能。处理程序被存储在存储器230中。
[0044]RAM220包括，例如，用于打开由CPU210执行的处理程序的程序存储区域和用于存储输入的数据或在执行处理程序时产生的处理结果的数据存储区域。
[0045]存储器230存储，例如，能够由压痕测试仪100执行的系统程序；能够由系统程序执行的各种处理程序；当执行各种处理程序时使用的数据；和由CPU210计算的各种过程的结果数据。此外，程序以能被计算机读取的程序代码形式存储在存储器230中。特别地，存储器230存储试样表面基线测量程序231，载荷修正程序232，等等。
[0046]试样表面基线测量程序231是由CPU210执行的程序，用来从接触器8和压头4的最前端接触试样表面的状态开始旋转载荷杆3，然后测量压头4按压试样S留下的压痕深度。測量通过检测位移传感器固定部分5b和位移传感器移动部分5a之间的电容变化量来实施。换句话说，CPU210执行试样表面基线检测程序231，从而驱动第一执行电动机6来旋转安装了压头4的载荷杆3。由压头4在试样S中留下的压痕深度通过检测压头4的位移量来測量，所述位移量由压头位移传感器5来计量。这提供了ー种测量器。特别地，从制动器12已被调节到离开基准杆7的位置且接触器8接触试样S的状态时开始，压头4按压试样S，然后测量压痕深度。
[0047]载荷修正程序232是由CPU210执行，用来当CPU210(作为测量器)測量压痕深度时，调节接触器8按压试样S的载荷至一恒定载荷的程序。换句话说，CPU210执行载荷修正程序232，从而调节第二执行电动机10的输出。这调节了基准杆7上的驱动，并调节了接触器8按压试样S的载荷至一恒定载荷。特别地，当基准杆7压下接触器8时CPU210是压迫力。为了获得接触器8按压试样S的恒定载荷，CPU210调节基准杆7的驱动，并调节接触器8按压试样S的载荷至一;〖亘定载荷。
[0048]显不器300是，例如，液晶显不面板。显不器300根据控制器200输入的显不信号，执行用于显示测试结果等等的多个视窗的过程。
[0049]操作器400是，例如，ー组操作键例如键盘。当由工人操作时，操作器400将与操作相关的操作信号输出到控制器200。操作器400还可以包括点击设备(如鼠标或触摸屏)，遥控装置，或ー些其他所需的操作设备。另外，例如，当工人输入执行对试样S的压痕测试的命令时，操作器400进行操作。
[0050]接着，对根据第一实施例的压痕测试仪100的更换压头4的操作过程进行描述。首先，工人松开固定螺丝84并从基准杆7上拿下接触器8。接着，在松开压头固定螺丝42和从压头柱41上卸下压头4后，工人将新的压头4装到压头柱41上并拧紧压头固定螺丝42。接着，工人将接触器8装到基准杆7上并轻柔地拧紧固定螺丝84。然后，基于第一中空盘91上的指示器91b和第二中空盘92上的指示器92b，工人在旋转方向上旋转第一中空盘91或第二中空盘92，使得第一中空盘91和第二中空盘92旋转方向的相对位置与其在更换压头4前的相对位置相匹配。接着，工人拧紧固定螺丝84并将接触器8紧密固定在基准杆7上。接着，工人操纵操作器400，输入命令使接触器8降低到接触器8接触试样S的位置。当CPU210接受到与操作器400输入命令相对应的操作信号吋，CPU210控制第二执行电动机10来旋转基准杆7并降低接触器8以接触试样S。接着，工人操纵操作器400以输入命令使得压头4降低到压头4能接触到试样S的位置。当CPU210接受到与操作器400输入命令相对应的操作信号吋，CPU210控制第一执行电动机6旋转载荷杆3并降低压头4以接触试样S。接着，CPU210计算基线位置和位移传感器移动部分5a相对于位移传感器固定部分5b(当前位于试样表面)的相对位置之间垂直方向上的偏移量。这里，基线位置指当接触器8和压头4接触试样S的状态下,位移传感器移动部分5a恰好位于位移传感器固定部分5b (配置成ー对上部和下部电极板)的中心时的位置。接着，工人松开固定螺丝84并松开对接触器8的固定。接着，每ー个校准标记的高度偏移量分别根据第一中空盘91和第二中空盘92的螺旋状表面91a和92a的螺纹，和第二中空盘92上的指示器92b的校准标记数计算得出。然后，基于对各校准标记`计算得到的高度偏移量，工人计算与在垂直方向上与基线位置的偏移量相对应的刻度(校准量)，接着在旋转方向上根据计算出的校准量旋转第一中空盘91或第二中空盘92。最后，工人拧紧固定螺丝84并将接触器8紧固在基准杆7上。
[0051]如上所述，根据第一实施例的压痕测试仪100包括调节装置9以调节位移传感器移动部分5a和位移传感器固定部分5b的垂直方向上的相对位置。调节装置9包括第一中空盘91和第二中空盘92。第一中空盘91的底部表面形成有螺旋状表面91a。第二中空盘92顶部表面上形成有螺旋状表面92a，螺旋状表面92a的螺纹与第一中空盘91的螺旋状表面91a的螺纹相等同。第一中空盘91放置在第二中空盘92上，使得第一中空盘91的底部表面覆于第二中空盘92的顶部表面。另外，第一中空盘91和第二中空盘92能够关于压头柱41的中心轴旋转。因此，当压头4到达试样表面的位置时，能够容易地进行调节，使得位移传感器移动部分5a处于位移传感器固定部分5b的垂直方向上的中心位置(基线位置)。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头4的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。[0052]特别地，根据第一实施例的压痕测试仪100包括形成在接触器8的圆周外表面附近的座面83，调节装置9可以放置在其上。第一中空盘91的顶部表面接触基准杆7的底部表面，且第二中空盘92的底部表面接触接触器8的座面83。因此，位移传感器固定部分5b的位置能够仅通过旋转第一中空盘91或第二中空盘92来容易地调节。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头4的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。
[0053]进ー步地，根据第一实施例的压痕测试仪100包括:第一中空盘91的圆周外表面上的指示器91b，其指示第一中空盘91的旋转方向上的位置；以及第二中空盘92的圆周外表面上的指示器92b，其指示调节装置9的高度的变化量。因此，通过參考指示器91b和指示器92b，位移传感器固定部分5b的高度能够容易地调节。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头4的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。
[0054](第二实施例)
[0055]第二实施例与第一实施例的区别在于:第二实施例提供了本发明的压痕测试仪110，其为直接仪表化的压痕测试仪，与压痕测试仪100不同，其为杆型仪表化的压痕测试仪。特别地，第二实施例的压痕测试仪110是直接仪表化的压痕测试仪，其能够连续地监控施加到压头4上的测试カ(载荷)和压头4的压痕深度。此外，为了简化描述，与第一实施例相似的结构使用相同附图标记，且略去其详细说明。
[0056]如图6和7所示，压痕测试仪110包括，例如:其上放置试样S的试样台21:压头柱41 ;位移传感器移动部分5a (压头联接头)；第一载荷传送器44 ;压头柱导引装置45 ;和压头柱驱动电动机(载荷施加装置)61。压头柱41在压头柱41的最前端装有压头4。位移传感器移动部分5a (压头联接头)固定在压头柱41上，并且从上方看为环形。第一载荷传送器44固定在压头柱41的第二端上。压头柱导引装置45固定在第一载荷传送器44的第一端和测试仪主体111的第二端。压头柱驱动电动机(载荷施加装置)61固定在第一载荷传送器44的第二端。压痕测试仪110进ー步包括，例如:接触器8 (压头基准部)，其作为压头4的最前端的位置基准；调节装置9 ;位移传感器固定部分5b (压头位置检测器)，其从上方看为环形；压力支架71:第二载荷传送器13 ;压头基准部导引装置14 ;和压头基准部驱动电动机(压头基准部驱动器)11。调节装置9安装在接触器8的圆周外表面。压カ支架71在其下部固定了接触器8，在其上部固定了位移传感器固定部分5b。第二载荷传送器13固定在位移传感器固定部分5b的顶部表面，且其从上方看为环形。压头基准部导引装置14固定在第二载荷传送器13的第一端和测试仪主体111的第二端。压头基准部驱动电动机(压头基准部驱动器)11固定在第二载荷传送器13的第二端，且从上方看为环形。另外，压痕测试仪110包括控制器200，其控制压痕测试仪110，显示器300和操作器400的各部件。此外，控制器200通过系统总线连接至例如压头位移传感器5，压头柱驱动电动机61，压头基准部驱动电动机11，显示器300和操作器400。
[0057]压头柱导引装置45配置为例如片簧。压头柱导引装置45的第一端固定在第一载荷传送器44，而压头柱导引装置45的第二端固定在测试仪主体111。当载荷施加到第一载荷传送器44时,压头柱导引装置45弯曲,这样伴随着载荷的施加,第一载荷传送器44被向着试样台21压下。此外，压头柱导引装置45被插进形成在第二载荷传送器13上的插入槽13a,第二载荷传送器13被插入第一载荷传送器44和测试仪主体111之间。
[0058]压头柱驱动电动机61被配置为例如动カ线圈和磁铁。产生的能量作为驱动力，该能量响应于由磁铁产生的磁场和流过动カ线圈的电流之间的电磁感应而产生。驱动カ，通过第一载荷传送器44，引起压头柱41在轴向上的移动。压头柱41接着在压头柱驱动电动机61的驱动下被向下压。因而载荷能够施加到压头4上，压头4能够压靠到试样S的表面上。换句话说，压头柱驱动电动机61是载荷施加装置，其在轴向上移动压头柱41，通过压头4向试样S施加预先确定的测试力。
[0059]接触器8可拆卸地固定于压カ支架71的下部。另外，位移传感器固定部分5b，其检测位移传感器移动部分5a的位移量，安装在压カ支架71的上部。换句话说，压カ支架71是下部安装了接触器8和上部有位移传感器固定部分5b的压カ支架。
[0060]压头基准部导引装置14配置为例如片簧。压头基准部导引装置14的第一端固定在第二载荷传送器13，压头基准部导引装置14的第二端固定在测试仪主体111。当载荷施加到第二载荷传送器13上时，压头基准部导引装置14弯曲，这样伴随着载荷的施加，第二载荷传送器13被向着试样台21压下。
[0061]压头基准部驱动电动机11配置为例如动カ线圈和磁铁。产生的能量作为驱动力，该能量响应于由磁铁产生的磁场和流过动カ线圈的电流之间的电磁感应而产生。因而，位移传感器固定部分5b和压カ支架71通过第二载荷传送器13向下移动。因此，通过压头基准部驱动电动机11驱动压力支架71向下压，接触器8在轴向上移动以接触试样S的表面。换句话说，压头基准部驱动电动机11是在压头柱41的轴向上移动接触器8的压头基准部驱动器。
[0062]接着，对根据第二实施例的压痕测试仪110的更换压头4的操作过程进行描述。首先，工人松开固定螺丝84，从压カ支架71上移走接触器8。接着，在松开压头固定螺丝42并从压头柱41卸下压头4之后，工人将新的压头4装上压头柱41并将压头固定螺丝42拧紫。然后，工人将接触器8装上压カ支架71并轻柔地拧紧固定螺丝84。接着，基于第一中空盘91上的指示器91b和第二中空盘92上的指示器92b，工人在旋转方向上旋转第一中空盘91或第二中空盘92，使得第一中空盘91和第二中空盘92的在旋转方向上的相对位置与其在更换压头4之前的相对位置相匹配。接着，工人拧紧固定螺丝84并将接触器8紧固在压カ支架71上。然后，工人操纵操作器400以输入命令，使得接触器8降低到接触器8能接触到试样S的位置。当CPU210接收了对应于操作器400的输入命令的操作信号吋，CPU210控制压头基准部驱动电动机11来降低压カ支架71并降低接触器8以接触试样S。然后，工人操作操作器400以输入命令以降低压头4到压头4接触试样S的位置。当CPU210接收了对应于操作器400的输入命令的操作信号吋，CPU210控制压头柱驱动电动机61以降低压头柱41并降低压头4以接触试样S。接着，CPU210计算基线位置和位移传感器移动部分5a相对于位移传感器固定部分5b(当前位于试样表面)的相对位置之间在垂直方向上的偏移量。这里，基线位置指的是当接触器8和压头4接触试样S的状态时，位移传感器移动部分5a恰好位于位移传感器固定部分5b (配置成ー对上部和下部电极板)的中心时的位置。接着，工人松开固定螺丝84并松开对接触器8的固定。接着，分别根据第一中空盘91和第二中空盘92的螺旋状表面91a和92a的螺纹，和第二中空盘92上的指示器92b上的校准标记的数量计算得出每ー个校准标记的高度偏移量。然后，基于计算出的每ー个校准标记的高度偏移量，工人计算与在垂直方向上与基线位置的偏移量对应的刻度(校准量)，接着在旋转方向上根据计算出的校准量旋转第一中空盘91或第二中空盘92。最后，工人拧紧固定螺丝84并将接触器8紧固在压カ支架71上。
[0063]如以上所述的，与根据第一实施例的压痕测试仪100相似，根据第二实施例的压痕测试仪110包括调节装置9，其调节位移传感器移动部分5a和位移传感器固定部分5b的垂直方向的相对位置。调节装置9包括第一中空盘91和第二中空盘92。第一中空盘91的底部表面形成螺旋状表面91a。第二中空盘92的顶部表面形成螺旋状表面92a，螺旋状表面92a的螺纹与第一中空盘91的螺旋状表面91a的螺纹相等同。第一中空盘91放在第二中空盘92上，这样第一中空盘91的底部表面覆盖在第二中空盘92的顶部表面上。另外，第一中空盘91和第二中空盘92能够绕压头柱41的中心轴旋转。因此，当压头4到达试样表面的位置时，能够容易地进行调节，使得位移传感器移动部分5a在垂直方向上位于位移传感器固定部分5b的中心位置(基线位置)。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头4的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。
[0064]特别地，根据第二实施例的压痕测试仪110包括形成于接触器8的圆周外表面附近的座面83，其上可以放置调节装置9。第一中空盘91的顶部表面接触压カ支架71的底部表面，第二中空盘92的底部表面接触接触器8的座面83。因此，位移传感器固定部分5b的位置能够仅通过旋转第一中空盘91或第二中空盘92来容易地调节。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头4的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。
[0065]进ー步地，根据第二实施例的压痕测试仪110包括:第一中空盘91的圆周外表面上的指示器91b，其指示第一中空盘91的旋转方向上的位置；以及第二中空盘92的圆周外表面上的指示器92b，其指示调节装置9的高度的变化量。因此，通过參考指示器91b和指示器92b，位移传感器固定部分5b的高度能够容易地调节。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头4的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。
[0066]针对本发明的实施例，以上已经给出了具体说明。但是，本发明不局限于上述实施例，且可以在发明的范围内进行改迸。
[0067](可选示例1)
[0068]图8所示的示例与第一实施例不同，例如，压头4A的形状，接触器8A的形状，和调节装置9的固定位置。特别地，压头4A具有座面43A，其上可以放置调节装置9A，座面43形成在与压头柱41A的底部表面接触的压头4A —部分的圆周外表面附近。压头4A因而能够将调节装置9A夹持在座面43A上放置。在可选示例1中，第二中空盘91B放置在压头4A的座面43A上且第一中空盘91A的顶部表面接触压头柱41A的底部表面。特别地，可选示例1中能使压头4A而非接触器8A夹持调节装置9A。
[0069]如以上所述，调节装置9A被配置成第一中空盘91A的顶部表面接触压头柱41A的底部表面，第二中空盘91B的底部表面接触压头4A的座面43A。通过绕压头柱41A的中心轴旋转第一中空盘91A或第二中空盘92A并补偿第一中空盘91A和第二中空盘92A在旋转方向上的相对位置，调节装置9A的高度能被精确调节。另外，位移传感器移动部分5a能够通过由压头柱41A传送的调节装置9A的高度的微小调节进行垂直移动。从而，调节装置9A能够调节位移传感器移动部分5a和位移传感器固定部分5b的垂直方向的相对位置，使得位移传感器移动部分5a位于位移传感器固定部分5b垂直方向的中心位置(基线位置)。
[0070]在可选示例1中，接触器8A不用于夹持调节装置9A，因此不设置座面83。但是，可选不例1不局限于此，第一实施例中的接触器8可以如第一实施例中描述的方式使用。[0071]接着，将描述根据可选示例1的压痕测试仪100的压头4A的更换操作过程。首先，工人松开固定螺丝84A并将接触器8A从基准杆7上移开。接着，在松开压头固定螺丝42A并将压头4A从压头柱41A上卸下之后，工人将新的压头4A安装到压头柱41A上并轻柔地拧紧压头固定螺丝42A。接着，基于第一中空盘91A上的指示器91b和第二中空盘92A上的指示器92b，工人在旋转方向上旋转第一中空盘91A或第二中空盘92A，使得第一中空盘91A和第二中空盘92A的在旋转方向上的相对位置与其在更换压头4A前的相对位置相匹配。接着，工人拧紧压头固定螺丝42A并将压头4A紧固在压头柱41A上。接着，工人将接触器8A安装在基准杆7上并拧紧固定螺丝84A。然后，工人操纵操作器400以输入命令，使得接触器8A降低到接触器8A接触试样S的位置上。当CPU210接收了对应于操作器400的输入命令的操作信号吋，CPU210控制第二执行电动机10以旋转基准杆7并降低接触器8A来接触试样S。接着，工人操纵操作器400以输入命令，使得压头4A降低到压头4A接触试样S的位置上。当CPU210接收了对应于操作器400的输入命令的操作信号吋，CPU210控制第ー执行电动机6以旋转载荷杆3并降低压头4A以接触试样S。然后，CPU210计算基线位置和位移传感器移动部分5a相对于位移传感器固定部分5b (当前位于试样表面)的相对位置之间的垂直方向上的偏移量。这里，基线位置指当接触器8A和压头4A接触试样S的状态下，位移传感器移动部分5a恰好位于位移传感器固定部分5b (配置成ー对上部和下部电极板)的中心时的位置。接着，工人松开固定螺丝84A并将接触器8A从基准杆7上移开。接着，工人松开压头固定螺丝42A并松开对压头4A的固定。接着，分别根据第一中空盘91A和第二中空盘92A的螺旋状表面91a和92a的螺纹，和第二中空盘92A上的指示器92b的校准标记数计算得出每ー个校准标记的高度偏移量。然后，基于根据各校准标记计算得到的高度偏移量，工人计算与在垂直方向上与基线位置的偏移量对应的刻度，接着在旋转方向上根据计算出的刻度旋转第一中空盘91A或第二中空盘92A。接着，工人拧紧压头固定螺丝42A并将压头4A紧固在压头柱41A上。最后，工人将接触器8A安装在基准杆7上并拧紧固定螺丝84A。
[0072]如以上所描述的，根据可选示例1的压痕测试仪100包括可放置调节装置9A的座面43A，座面43A形成于压头4A与压头柱41A底部表面接触的部分的圆周外表面附近。第一中空盘91A的顶部表面与压头柱41A的底部表面接触，第二中空盘92A的底部表面与压头4A的座面43A接触。因此，位移传感器移动部分5a的位置能够仅通过旋转第一中空盘91A或第二中空盘92A来容易地调节。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头4A的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。此外，可选示例1当然地，也能够用于根据第二实施例的压痕测试仪110。
[0073](可选示例2)
[0074]如图9所示的示例与第一和第二实施例的不同在于调节装置9B的形状。特别地，调节装置9B中的第二中空盘92B包括在径向内侧的导引部分921B，导引部分921B向上突出并导引第一中空盘91B的旋转。在可选示例2中，导引部分921B安装在径向内侧；但是，导引部分921B不局限于此，且相反其可安装在径向外側。另外，在可选示例2中，导引部分921B安装在第二中空盘92B上；但是导引部分不局限于此。与安装在第二中空盘92B上相反，导引部分能够安装在第一中空盘91B的径向内侧或外侧，导引部分向下突出并导引第ニ中空盘92B的旋转。此外，可选示例2也可以与可选示例1联用。[0075]在上述的方式中，根据可选示例2的压痕测试仪100包括安装在第一中空盘91B和第二中空盘92B两者之一的导引部分，导引部分导引另一中空盘的旋转。因此，当第一中空盘91B或第二中空盘92B旋转时，中空盘能够以稳定方式操作，不需要倾斜夹持中空盘的接触器8或压头4A。另外，当更换压头时，能够容易和廉价地对由压头的个体差异造成的垂直方向上的位置漂移进行调节。
[0076](其它可选示例)
[0077]在第一和第二实施例中，指示器(第一指示器)91b安装在第一中空盘91的圆周外表面上，用来指示第一中空盘91在旋转方向上的位置。另外，指示器(第二指示器)92b安装在第二中空盘92的圆周外表面，用来指示调节装置9的高度变化量。然而，指示器不局限于此，相反地指示调节装置9的高度变化量的指示器可以安装在第一中空盘91的圆周外表面，而指示第二中空盘92在旋转方向上的位置的指示器可以安装在第二中空盘92的圆周外表面。
[0078]在第一和第二实施例中，压头位移传感器5的配置包括位移传感器移动部分5a和位移传感器固定部分5b。位移传感器固定部分5b包括一对上和下部电极板，电极板设置成彼此分开，位移传感器移动部分5a在它们之间。但是，压头位移传感器不局限于此。如图10所示，例如，压头位移传感器51可代之以包括:位移传感器移动部分51a，其配置成ー电极板；和位移传感器固定部分51b,配置成ー单独电极板,放置在位移传感器移动部分51a上方。压头位移传感器51能够在较宽范围上对压痕深度进行测量，并因此能获得待测试样S的多种物理特性值。
[0079]另外，在不脱离本发明范围时，可以对压痕测试仪100所包括的各部件的结构和操作进行详细地改进。
[0080]应注意的是前述的示例仅仅是出于解释的目的，而不应被认为是对本发明的限定。尽管本发明參考典型实施例进行了描述，应理解为此处所用的用语是用于描述和示意的，而不是用于限定的用语。在所附的权利要求的范围内，如当前陈述的和修正的，在未脱离本发明的精神和范围时，可以对其各方面进行变化。虽然本发明在此參考特定的结构，材料和实施例进行了描述，本发明不被认为是限定于此处的特定内容；相反地，本发明扩展到所有功能相等的结构，方法和应用，这些都在所附的权利要求的范围内。
[0081]本发明不局限于上述的实施例，不背离本发明范围的各种变化和改进也是允许的。
【权利要求】
1.一种压痕测试仪,包括: 压头柱，在压头柱的最前端装有压头； 固定在压头柱上并与压头联接的压头联接头； 载荷施加装置，配置成在压头柱的轴向上移动压头柱并进一歩配置成利用压头对试样施加预先确定的测试カ； 压头基准部，配置成为压头最前端的位置定位； 压头位置检测器，与压头基准部联接并构造成检测压头联接头的位移量: 压カ支架，其中压头基准部安放在压カ支架下部，并且其中压头位置检测器安放在支架上部； 压头基准部驱动器，配置成在压头柱的轴向上移动压头基准部；和測量器，配置成当压头基准部和试样表面之间保持接触时沿轴向移动压头柱，測量器进ー步配置成当压头接触试样表面，压靠于试样时，測量器其后測量所形成的压痕深度，其中压头位置检测器配置成通过检测压头联接头的位移量測量压痕深度； 调节器，配置成调节压头联接头和压头位置 检测器之间垂直方向的相对位置关系，调节器包括: 具有在其底部表面形成的第一螺旋的第一中空盘；和 具有在其顶部表面形成的第二螺旋的第二中空盘，第二螺旋的螺纹与第一螺旋的螺纹相等同，其中: 第一中空盘放置在第二中空盘上，使得第一中空盘的底部表面覆盖在第二中空盘的顶部表面上,且 第一中空盘和第二中空盘配置成绕压头柱的中心轴旋转。
2.根据权利要求1的压痕测试仪，其中: 压头基准部包括在压头基准部的外圆周表面上的座面，该座面配置成在其上放置调节器， 第一中空盘的顶部表面接触压カ支架的底部表面，且 第二中空盘的底部表面接触压头基准部的座面。
3.根据权利要求1的压痕测试仪，进一歩包括座面，配置成在其上放置调节器，座面形成得紧挨与压头柱底部表面接触的压头一部分的圆周外表面，其中: 第一中空盘的顶部表面与压头柱的底部表面接触，且 第二中空盘的底部表面与压头的座面接触。
4.根据权利要求1的压痕测试仪，其中第一中空盘和第二中空盘中的ー个包括导引装置，该导引装置配置成导引第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的旋转。
5.根据权利要求2的压痕测试仪，其中第一中空盘和第二中空盘中的ー个包括导引装置，该导引装置配置成导引第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的旋转。
6.根据权利要求3的压痕测试仪，其中第一中空盘和第二中空盘中的ー个包括导引装置，该导引装置配置成导引第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的旋转。
7.根据权利要求1的压痕测试仪，其中: 第一中空盘和第二中空盘中的一个的圆周外表面包括第一指示器，该第一指示器配置成指示中空盘在旋转方向上的位置，且第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的圆周外表面包括第二指示器，该第二指示器配置成指示调节器的高度的变化量。
8.根据权利要求2的压痕测试仪，其中: 第一中空盘和第二中空盘中的一个的圆周外表面包括第一指示器，该第一指示器配置成指示中空盘在旋转方向上的位置，且 第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的圆周外表面包括第二指示器，该第二指示器配置成指示调节器的高度的变化量。
9.根据权利要求3的压痕测试仪，其中: 第一中空盘和第二中空盘中的一个的圆周外表面包括第一指示器，该第一指示器配置成指示中空盘在旋转方向上的位置，且 第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的圆周外表面包括第二指示器，该第二指示器配置成指示调节器的高度的变化量。
10.根据权利要求4的压痕测试仪，其中: 第一中空盘和第二中空盘中的一个的圆周外表面包括第一指示器，该第一指示器配置成指示中空盘在旋转方向上的位置，且 第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的圆周外表面包括第二指示器，该第二指示器配置成指示调节器的高度的变化量。
11.根据权利要求5的压痕测试仪，其中: 第一中空盘和第二中空盘中的一个的圆周外表面包括第一指示器，该第一指示器配置成指示中空盘在旋转方向上的位置，且 第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的圆周外表面包括第二指示器，该第二指示器配置成指示调节器的高度的变化量。
12.根据权利要求6的压痕测试仪，其中: 第一中空盘和第二中空盘中的一个的圆周外表面包括第一指示器，该第一指示器配置成指示中空盘在旋转方向上的位置，且 第一中空盘和第二中空盘中的另ー个的圆周外表面包括第二指示器，该第二指示器配置成指示调节器的高度的变化量。
【文档编号】G01N3/42GK103454170SQ201310274982
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】古田英二, 泽健司 申请人:株式会社三丰